短波发射机功率模块通路简介

2015-04-14李媛

科技视界 2015年20期

关键词：发射机滤波器电容

李媛

（国家新闻出版广电总局五九四台，陕西咸阳 712028）

短波发射机功率模块通路简介

李媛

（国家新闻出版广电总局五九四台，陕西咸阳 712028）

主要从TSW2500型500kW短波发射机功率模块的组成组成入手，着重对其工作原理和PSM8功率模块通路作了重点描述，对发射机假功率模块通路的工作方式有了直观的了解。

发射机；模块；变压器；滤波

0 引言

功率模块通路由变压器和功率模块两种不同类型的部件组成，分别阐述了变压器和模块的工作特性，从而针对TSW2500型500kW短波发射机的功率模块通路作了简要的分析，使得对发射机功率模块有了更加清晰的认识。

1 功率模块通路的组成

功率模块通路由变压器和功率模块两种不同类型的部件组成。变压器为各个功率模块提供相互独立的电源。功率模块的步进式电压跳变和变压器的初级线圈和次级线圈之间的分布电容和变压器的两个次级线圈之间的分布电容能够引起变压器和功率模块之间的电流振荡。当第i个模块导通时，在它之上的所有电容将由阶梯电压Ust重新进行充电，同样功率模块关断时，电容将放电。见下图1功率模块通路方框图：

图1 功率模块通路方框图

1.1 变压器

PSM系统中共有两台调制变压器，相互之间不能替代。每台变压器每相有13个次级绕组，每3个次级绕组（U，V，W）给一个模块供电，次级电压为570V。两台变压器分别为Y-Y和Δ-Y接法，初级接到同一个10kV高压电源上，初级的星形绕组电压分别与三角形绕组电压同相，即星形绕组电压比三角形绕组电压的相位超前30度。同时由于模块上采用三相桥式整流对两台变压器次级电压进行整流，所以两组整流器合成的输出电压纹波频率提高一倍，形成一个十二相脉动整流方式。30度的相位差还带来以下好处：十二相的整流系统可大大减少输出直流电压的纹波；十二相的整流器负载可大大减少电源的失真；每台变压器的初级线圈装有一个电流互感器，互感器的次级接到一个IKT保护继电器，通过这些措施可提供以下保护功能：延时时间和过流跳闸电流可调的过流保护；发生短路故障时的立即跳闸保护。

1.2 功率模块

功率模块被采用双功率模块设计，即每个模块由两个开关单元组成。本机使用了26个双功率模块，相当于有52个功率开关单元。采用这种设计一方面可以减少功率模块的数量，另一方面也节省了空间。该部分包含了模块开关所需的通用器件，如保险（F2、F3），附属变压器，电流互感器，模块的阻流圈，接地开关的放电电阻，电容的充电电路等。作为模块的核心，该部分由以下器件组成：IGBT，整流二极管，电容组，IGBT控制板。为了减小寄生电感，该部分的设计非常紧凑，各部件之间的连线都是通过线路板来实现的。该部分可分为两个子部分：一部分是由两个IGBT，整流二极管和热保护开关，散热器组成的发热部分。另一部分是由大容量电解电容组成的电容组。为了尽可能的缩短两部分电路之间的连线长度（包括一些测量用的连线），IGBT控制板直接安装在功率模块的上面。同时系统还采取了以下措施来减小如IGBT开关等造成的干扰：功率模块安装在模块功率板的上面；IGBT控制板上面采用屏蔽罩；IGBT控制板采用了板式接地，以保证接地良好。模块采用带中心抽头的星形接法。附属变压器提供控制用的正、负电源。正负电源可以通过独立的开关分别控制，这样既减少了模块使用的元器件数量，又提高了系统的可靠度。模块的电源来自调制变压器的次级，额定电压为三相877V，通过装在S和T相上的额定电流为80A的固态保险F2、F3对整流模块中的二极管进行保护。因为变压器的两个次级线圈间会发生闪络，为了确保与变压器次级线圈的连接，R相没有保险保护。输入模块的交流电压经过二极管进行桥式整流，输出电压约为580V。整流二极管模块V7属于标准接法，当关断负载时，用于抑制线路中的感性分量产生的感应电动势，防止损坏元器件。绝大多数连线都在模块的基础板上，PSM变压器的电源连线直接连在保险座上，保险座旁边有一个螺钉用来连接电源零线。接地开关的连线在放电电阻的旁边；阻流圈L24作为模块的输入连接；只有模块的输出线位于功率模块板上；散热器的水冷接头也是从模块的前方进行连接的。输出电压额定电流时模块电压为680V；额定电流时双功率模块电压为1360V；双功率模块的输出电流为100A；最大允许的开关频率为13kHz。

1.3 滤波网络

PSM滤波器接在调制器功率部分的后面，滤除由于进行PSM调制带来的开关频率分量，将经过滤波后纯净的音频信号送到射频末级的电子管板级上。滤波网络由筒型陶瓷电容和多圈螺旋线圈组成，滤波器输入端的线圈L450与功率模块上的扼流圈一样。网络的各元件被固定在功率模块上的基本框架上，并且滤波器的接地点是与框架绝缘隔离的。滤波器是一个C/L滤波器，输入端口的小电感（功率模块阻流圈）是抑制寄生效应的，电容并联接在滤波器线圈上，是为了对开关频率分量的幅度有更好的衰减。在滤波器到发射机的输出端，并接了一个放电球，用来防止在负载阻抗突然降低时产生过电压损坏电容。截止频率（含所有功率模块阻流圈）20kHz/-3dB；通带内频率响应±0.5dB。

1.4 PSM 8功率部分

调制器PSM8包含26块相同的双功率模块，所有模块安装在一个机箱内，在模块的上面安装有低通滤波器，机箱的侧面是机保开关，它们和变压器一起安装在一个单独的区域内。该区域四周都是封闭的，只有通过该高压区的侧门才能进入该区域，该门必须在机保拉下后用钥匙才能打开，确保了人身的安全。各个功率模块被平均分成5排，6列。每个模块都安放在由绝缘材料制成的水平滑轨上。模块的所有连接在高压室内都能方便的安装与拆卸。滤波器位于模块的上方。在滤波器到发射机的输出端，并接了一个放电球，用来防止在负载阻抗突然降低时产生过电压损坏电容。发射机的主要通地开关和钥匙联锁系统也安装在该PSM机箱的侧面。通过这个开关可以在打开门之前将电子管栅压和板压通地，与此同时，功率模块的所有电容也通过这个开关接地。通地钩作为附加安全设备装在离功率模块很近的地方。在进行模块检修时用来使设备接地，以确保安全。

1.5 BITE模块自测

该模块可以在测试模式下使用较低的电压对模块进行自诊断，使用这个功能可以使模块的测试非常快捷，并且没有危险。执行模块测试需要以下设备：电源适配器，给测试模块提供测试电源；光纤两根；短路电缆；连接计算机的标准的RS232电缆；VT100终端或在PC机使用超级终端等仿真软件。测试过程：功率模块必须从机柜中拆除，并作如下连接：分别连接每对光纤的输入与输出接口；使用模块上的L24作为负载，通过一根电缆短路模块上的X3-VD端子与L24线圈的中心端来实现；用RS232电缆连接模块上的X29与计算机的串口；该串口必须设置为：9600bps,8bit数据位，1bit停止位，没有奇偶效验位；连接电源到模块的保险座，拔下模块上的X11插头，插上测试电源上的X11插头；合上测试电源，在计算机上运行超级终端，并按空格键。屏幕的上方将会显示模块的各项测试数据，下方将出现命令提示符；等待充电结束；大约1分钟电容充电将结束，这时接触器应该吸合模块处于工作状态。